飛機結構與系統(tǒng)(第三章 飛機翼面結構)

1、南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 本章內容本章內容 一些力學基本概念 機翼、尾翼功用、設計要求及外載特點 翼面結構典型構件及受力特點 翼面典型結構型式及受力分析 后掠機翼與三角機翼 飛機的氣動彈性南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院理論力學：研究理論力學：研究剛體剛體，研究，研究力力和和運動運動的關系。的關系。材料力學：研究材料力學：研究變形體變形體，研究，研究力力與與變形變形的關系。的關系。構件：工程結構或機械的各組成部分，可分為構件：工程結構或機械的各組成部分，可分為 桿、板、殼、體。桿、板、殼、體。對構件的三項基本要求：對構件的三項基本要求：強度：構件抵抗破壞

2、的能力；強度：構件抵抗破壞的能力；剛度：構件抵抗變形的能力；剛度：構件抵抗變形的能力；穩(wěn)定性：構件保持其原有平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性：構件保持其原有平衡狀態(tài)的能力。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u材料力學中對變形固體的三個基本假設：材料力學中對變形固體的三個基本假設：1.連續(xù)性假設：連續(xù)性假設： 認為整個物體所占空間內毫無空隙地充滿物質。認為整個物體所占空間內毫無空隙地充滿物質。2.均勻性假設：均勻性假設： 人為物體的任何部分、任何方向上力學性能相同，人為物體的任何部分、任何方向上力學性能相同，均勻分布。均勻分布。3.小變形假設：小變形假設： 構件受力變形與自身尺寸相比很小，

3、可以忽略。構件受力變形與自身尺寸相比很小，可以忽略。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u外力及其分類：外力及其分類：外力是外部物體對構件的作用力，包括外加載荷和外力是外部物體對構件的作用力，包括外加載荷和約束反力。約束反力。按外力的作用方式分為：表面力和體積力。按外力的作用方式分為：表面力和體積力。 表面力：作用于物體表面的力，又可分為分表面力：作用于物體表面的力，又可分為分 布力和集中力布力和集中力 體積力：連續(xù)分布于物體內部各點上的力。如體積力：連續(xù)分布于物體內部各點上的力。如物體的重力和慣性力。物體的重力和慣性力。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院按外力是

4、否隨時間變化分為：靜載荷和動載荷。按外力是否隨時間變化分為：靜載荷和動載荷。 靜載荷：載荷緩慢地由零增加到某一定值后，靜載荷：載荷緩慢地由零增加到某一定值后，就保持不變或變動很不顯著，稱為靜載荷。就保持不變或變動很不顯著，稱為靜載荷。 動載荷：載荷隨時間變化，可分為交變載荷和動載荷：載荷隨時間變化，可分為交變載荷和沖擊載荷。沖擊載荷。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u內力、截面法和應力的概念內力、截面法和應力的概念 1.內力：內力： 由于變形引起的物體內部的由于變形引起的物體內部的附加力。附加力。 物體受外力作用后，由于變物體受外力作用后，由于變形，其內部各點均會發(fā)生相對形，

5、其內部各點均會發(fā)生相對位移，因而產生相互作用力。位移，因而產生相互作用力。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u內力、截面法和應力的概念內力、截面法和應力的概念 2.截面法：截面法： 為求出內力，采用截面法。為求出內力，采用截面法。 變形體內力的特征：變形體內力的特征： （1）連續(xù)分布力系；（）連續(xù)分布力系；（2）與外力組成平衡力系。）與外力組成平衡力系。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u內力、截面法和應力的概念內力、截面法和應力的概念 2.截面法：截面法： 內力的主矢和主矩：內力的主矢和主矩：南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u內力、截面法和應力的概

6、念內力、截面法和應力的概念 2.截面法：截面法： 內力的分量：內力的分量：N軸力軸力T扭矩扭矩Qy、Qz剪力剪力My、Mz彎矩彎矩南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u內力、截面法和應力的概念內力、截面法和應力的概念 2.截面法：截面法： 主要步驟：主要步驟： 1）沿截面假想地截開截開，留下一部分作為研究）沿截面假想地截開截開，留下一部分作為研究對象，棄去另一部分；對象，棄去另一部分；南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u內力、截面法和應力的概念內力、截面法和應力的概念 2.截面法：截面法： 主要步驟：主要步驟： 2）用作用于截面上的內力代替代替棄去部分對留）用作用于截

7、面上的內力代替代替棄去部分對留下部分的作用；下部分的作用； 3）對留下部分，列平衡平衡方程求出內力。）對留下部分，列平衡平衡方程求出內力。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u內力、截面法和應力的概念內力、截面法和應力的概念 3.應力：應力：為了表示內力在一點處的為了表示內力在一點處的強度，引入內力集度強度，引入內力集度,即應即應力的概念。力的概念。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u桿件基本變形形式桿件基本變形形式 1.拉伸或壓縮拉伸或壓縮南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u桿件基本變形形式桿件基本變形形式 2.剪切剪切南京航空航天大學民航學院南京航空

8、航天大學民航學院u桿件基本變形形式桿件基本變形形式 3.扭轉扭轉南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院u桿件基本變形形式桿件基本變形形式 4.彎曲彎曲若同時發(fā)生幾種基本變形，若同時發(fā)生幾種基本變形，則稱為組合變形。則稱為組合變形。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院1.機翼的功用機翼的功用1）主要功用是產生升力，保證飛機的飛行性能和機動性能；）主要功用是產生升力，保證飛機的飛行性能和機動性能；布置副翼、擾流片等進行橫向操縱；布置襟翼、縫翼增升裝布置副翼、擾流片等進行橫向操縱；布置襟翼、縫翼增升裝置改善飛機起降性能。置改善飛機起降性能。 2）安裝其它部件，如）安裝其它部件，

9、如 起落架起落架 、發(fā)動機等；、發(fā)動機等； 裝載燃油等。裝載燃油等。一、機翼的功用與結構設計要求一、機翼的功用與結構設計要求南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院1.機翼的功用機翼的功用 機翼的結構重量占全機結構重量機翼的結構重量占全機結構重量 的的30%50%，占全，占全機質量的機質量的8%15%，機翼產生的阻力是全機，機翼產生的阻力是全機 阻力的阻力的30 %50%。一、機翼的功用與結構設計要求一、機翼的功用與結構設計要求南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、機翼的功用與結構設計要求一、機翼的功用與結構設計要求現(xiàn)代旅客機的機翼現(xiàn)代旅客機的機翼1- 1-翼梁；翼梁；2

10、- 2-桁條；桁條；3- 3-襟翼；襟翼；4- 4-擾流片；擾流片；5- 5-副翼；副翼；6- 6-蒙皮；蒙皮；7- 7-前緣縫翼；前緣縫翼；8- 8-掛架；掛架；9- 9-翼肋。翼肋。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、機翼的功用與結構設計要求一、機翼的功用與結構設計要求南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、機翼的功用與結構設計要求一、機翼的功用與結構設計要求2. 2. 機翼結構設計要求：機翼結構設計要求：1）滿足飛機結構設計基本要求。 2）由于各結構部件功用不同，故設計要求的側重點側重點有所不同： 主要功用是產生升力 氣動性要求氣動性要求是首要的：機翼保證產生

11、足夠 升力，還要求阻力盡量??； 最小重量要求是主要要求：解決好強度強度、剛度剛度、最小重最小重量量之間的矛盾，速度提高矛盾突出； 使用、維修要求：保證燃油系統(tǒng)的可靠性； 工藝性和經濟性要求，與一般飛機結構相同。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、尾翼的功用與結構設計要求二、尾翼的功用與結構設計要求1. 1. 尾翼的主要功用：尾翼的主要功用： 一般由水平尾翼（平尾）和垂直尾翼（垂尾）組成。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、尾翼的功用與結構設計要求二、尾翼的功用與結構設計要求1. 1. 尾翼的主要功用：尾翼的主要功用：1）平尾保證飛機的縱向（俯仰）穩(wěn)定性，并實施

12、飛機縱向的操縱； 2）垂尾保證飛機航向穩(wěn)定性，并實施對飛機航向的操縱。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、尾翼的功用與結構設計要求二、尾翼的功用與結構設計要求1. 1. 尾翼的主要功用：尾翼的主要功用： 尾翼也是一個升力面，設計要求和構造與機翼類似 ： 保證氣動性； 具有足夠強度、剛度、損傷容限、壽命，最小重量。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院三、機翼的外載特點三、機翼的外載特點1. 1. 外載類型：外載類型：1）空氣動力載荷。 2）其他部件、裝載傳來的載荷，如：起落架、發(fā)動機、油箱等。（集中載荷、分布載荷）3) 機翼結構的質量力 南京航空航天大學民航學院南

13、京航空航天大學民航學院三、機翼的外載特點三、機翼的外載特點2. 2. 機翼總體受力：機翼總體受力：1 1）兩種簡化形式：）兩種簡化形式： 將每半個機翼看作支持在機身上的懸臂梁； 看作支持在機身上的雙支點外伸梁。 2 2）與一般工程梁相比的特殊性：）與一般工程梁相比的特殊性： 機翼高度(厚度)小，但其弦向尺寸（相對于梁寬）大多與翼展有相同量級（尤其如三角翼）； 機翼在機身上的固定形式復雜，應考慮結構支承的彈性效應。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院三、機翼的外載特點三、機翼的外載特點3 3）機翼總體內力：）機翼總體內力： 剪力 Q：Qn, Qh； 彎矩 M：Mn, Mh； 扭矩

14、Mt ； 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院三、機翼的外載特點三、機翼的外載特點 3 3）機翼總體內力：）機翼總體內力： 由于阻力相對升力很小，其引起的剪力、彎矩常?？梢院雎?。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院三、機翼的外載特點三、機翼的外載特點 4 4）機翼的扭矩：）機翼的扭矩： 翼剖面的三個特征點：翼剖面的三個特征點： 剛心、壓心、質心。剛心、壓心、質心。剛心：剛心：翼剖面上使結構不產生扭轉變形的外力與翼弦的交點。 當剪力作用于該點時，機翼只彎不扭，或機翼受扭時，將繞其旋轉。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院三、機翼的外載特點三、機翼的外載特點

15、 4 4）機翼的扭矩：）機翼的扭矩： 壓心（壓力中心）：壓心（壓力中心）：翼剖面上氣動載荷的合力與翼弦的交點，也稱焦點。q氣動大小同該處翼弦長成正比，沿展向近似線 性分布作用在壓力中心線上，方向近似垂直翼弦。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院三、機翼的外載特點三、機翼的外載特點 4 4）機翼的扭矩：）機翼的扭矩： 質心：質心：機翼結構質量力與翼弦的交點。亞音速飛行時：通常壓心在弦長28%處；剛心在弦長38%40%處；質心在弦長42%45%處。扭矩產生原因：扭矩產生原因：三心（壓心、剛心、質心）不重合 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院三、機翼的外載特點三、機翼的外

16、載特點機翼在外載荷下的變形機翼在外載荷下的變形機翼與外載荷相平衡的內力機翼與外載荷相平衡的內力南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院三、機翼的外載特點三、機翼的外載特點3. 內力分布及結構特點：內力分布及結構特點：1. 分布力作用下：（從翼尖到翼根）內力逐漸增大機翼外形逐漸變寬變厚、內部構件增強2. 集中力作用下： 剪力圖、扭矩圖發(fā)生突變，彎矩圖轉折 該處應加強3. 卸載作用： 裝載可減小翼根最大內力（剪力、彎矩、扭矩部件在剛心前）（機翼的內力圖）（機翼的內力圖） 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院四、尾翼的外載特點四、尾翼的外載特點安定面的受力情況與機翼類似。 安定面

17、：安定面：氣動力、質量力、舵面懸掛接頭傳來的集中力。舵面：舵面：氣動力、質量力 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院四、尾翼的外載特點四、尾翼的外載特點尾翼上的氣動力外載：尾翼上的氣動力外載：1）平衡載荷：平衡載荷： 保證飛機縱向氣動力矩平衡的平尾上的載荷。此時水平安定面上的載荷往往與升降舵的載荷方向相反，平尾受到較大扭矩。2） 機動載荷：機動載荷： 在不平靜氣流或機動飛行時偏轉升降舵或方向舵產生的載荷，是尾翼的主要受力情況。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院四、尾翼的外載特點四、尾翼的外載特點尾翼上的氣動力外載：尾翼上的氣動力外載：3）不對稱載荷：）不對稱載荷： 平

18、尾：側滑或橫滾引起，載荷本身比機動載荷小的多，但引起的力矩較大。 垂尾：除和平尾相同的橫滾影響外，多發(fā)飛機不對稱的發(fā)動機推力也會引起垂尾上的載荷。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院四、尾翼的外載特點四、尾翼的外載特點尾翼上的氣動力外載：尾翼上的氣動力外載：3）不對稱載荷：）不對稱載荷： 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 機翼結構：機翼結構： 蒙皮蒙皮縱向骨架縱向骨架： 翼梁（緣條、腹板）翼梁（緣條、腹板） 縱墻縱墻 桁條桁條橫向骨架橫向骨架： 翼肋（普通肋、加強肋）翼肋（普通肋、加強肋）南京航空航天大學民航學院南京航空航

19、天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 機翼結構：機翼結構： 蒙皮蒙皮縱向骨架縱向骨架： 翼梁（緣條、腹板）翼梁（緣條、腹板） 縱墻縱墻 桁條桁條橫向骨架橫向骨架： 翼肋（普通肋、加強肋）翼肋（普通肋、加強肋）南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 機翼結構：機翼結構： 蒙皮蒙皮縱向骨架縱向骨架： 翼梁（緣條、腹板）翼梁（緣條、腹板） 縱墻縱墻 桁條桁條橫向骨架橫向骨架： 翼肋（普通肋、加強肋）翼肋（普通肋、加強肋）機翼典型結構構件剖面機翼典型結構構件剖面南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型

20、構件一、翼面結構的典型構件 殲六飛機機翼結構殲六飛機機翼結構南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 殲七飛機機翼結構殲七飛機機翼結構南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 1.蒙皮蒙皮直接功用：直接功用： 形成流線型機翼外表面。承載：承載： 垂直其表面的局部氣動載荷； 參與機翼總體受力； 較厚蒙皮與長桁一起組成壁 板，承受機翼彎矩引起的軸 力金屬蒙皮金屬蒙皮 整體蒙皮整體蒙皮（整體壁板）（整體壁板）南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構

21、件 1.蒙皮蒙皮金屬蒙皮：金屬蒙皮： 硬鋁或超硬鋁合金、鈦合金（M=2.5）、不銹鋼（M=3）等。 夾層蒙皮：夾層蒙皮：1）上下面板 + 中間疏松性結構芯層（泡沫塑料、輕木等） 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 夾層蒙皮：夾層蒙皮：2）上下面板 + 中間蜂窩芯層上下面板 + 中間波紋板芯層南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 壁板壁板(加筋板加筋板)：1）薄板式壁板薄板式壁板蒙皮較薄，可視為薄板承力蒙皮與長桁鉚接承力蒙皮與長桁鉚接 組合式壁板組合式壁板 蒙皮較厚，臨界失穩(wěn)應力與長

22、桁接近。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 壁板壁板(加筋板加筋板)：3 3）整體壁板）整體壁板 整塊材料加工而成，重量輕、強度高。優(yōu)點： 結構的總體和局部剛度好，蒙皮不易失穩(wěn)； 機翼表面光滑，提高了氣動外形準確度； 減少了裝配量、釘孔應力集中及對壁板截 面積的消弱。缺點： 裝配中可能引起拉伸等原因產生的殘余應力，易引起應力腐蝕； 設計不當時對裂紋擴展較敏感。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 2 長桁：長桁：參與機翼的總體受力承受機翼彎矩引起的部分軸向力；支持蒙皮，提高蒙皮的失

23、穩(wěn)臨界應力。占機翼結構重量的25%40% （單塊式機翼，承受軸力的 主要元件） 或4%8%（薄蒙皮梁式機 翼，桁條不受軸力）南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 3 翼肋：翼肋：1）普通肋：）普通肋：（占機翼重量的8%12%） 維持翼剖面形狀 承受氣動載荷 支持蒙皮和桁條和腹板，提高它們穩(wěn)定性2）加強肋：）加強肋： 普通肋的功用 機翼結構的局部加強件，承受、傳遞集中載荷。（機翼同其它部件連接的固定接頭處、作為開口處加強件、懸掛部件處）南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 3）翼肋上的

24、部分特征）翼肋上的部分特征 孔-減輕重量（通常翼肋腹板強度有富余）；孔還可通過操縱系統(tǒng)的拉桿、電纜、各種管子等。 孔邊帶有彎邊，為了提高翼肋穩(wěn)定性和剛度。 有些腹板上壓有凹槽，作用相當于弱支柱，增加腹板穩(wěn)定性和側向剛度。 分段，為了便于同翼梁腹板連接。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 3）翼肋的構造型式）翼肋的構造型式腹板式、構架式、圍框式、整體肋。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 4 翼梁翼梁1）腹板式翼梁）腹板式翼梁 腹板緣條 單純受力構件：剪力、彎矩腹板式翼梁典型剖面南

25、京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 2）整體式翼梁）整體式翼梁 高強度合金鋼（鍛造后加工） 剛度大 加工成型困難 腹板較厚3）桁架式翼梁）桁架式翼梁 上下緣條直支柱斜支柱南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 5 縱墻縱墻緣條弱或無（不宜承彎）功用同梁的腹板類似（承剪） 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 6 機翼機身接頭機翼機身接頭 接頭形式視機翼結構的受力型式而定 叉式接頭叉式接頭南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航

26、學院一、翼面結構的典型構件一、翼面結構的典型構件 機翼主要構件及其承力情況機翼主要構件及其承力情況南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、典型構件的受力特性二、典型構件的受力特性 結構型式結構型式：結構中起主要作用的受力構件的組成形式 飛機結構及其典型構件大多為薄壁結構，由最基本的板、桿元件連接組合而成。結構受力型式的設計原則設計原則： 根據構件的最佳受力特性進行恰當組合 使它們各自分擔最符合自身受力特性的載荷 使設計的結構重量輕、剛度大。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、典型構件的受力特性二、典型構件的受力特性 如圖：一兩端簡支的高強鋁合金圓桿AB。已知桿剖面

27、面積F=40mm2，l=80mm， E=72000MPa， b=420MPa。僅在P力作用下，該桿可以承受P=F b= 16800N；若在桿中點處僅作用一橫向力Q，該桿僅能承受Q=750N。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、典型構件的受力特性二、典型構件的受力特性 1 1 桿桿： 只能承受（或傳遞）沿桿軸向的分布力或集中力（宜受拉，受壓易失穩(wěn)）。 如：機翼中的長桁、翼梁緣條。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、典型構件的受力特性二、典型構件的受力特性 2 2 板：板： 薄板：宜受面內分布載荷（宜受拉；受剪切、受壓易失穩(wěn)）； 不宜受集中力，須附加構件，將集中力擴

28、散成分布剪流。 如：墻、翼梁和翼肋的腹板。 厚板：能受分布載荷和一定程度的集中力（可受剪、拉、壓）。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、典型構件的受力特性二、典型構件的受力特性 3 3 平面板桿結構平面板桿結構： 由位于同一平面的板、桿組成，適宜受作用在該平面內的載荷。 薄板：板、桿之間只相互傳遞剪流； 桿軸向力 板只受剪（近似認為）如：長桁加強的蒙皮壁板結構 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、典型構件的受力特性二、典型構件的受力特性 3 3 平面板桿結構平面板桿結構： 厚板是可以承受正應力的。此時，雖然板能直接受拉，但并不把此力以橫向載荷形式傳給桿。為計算

29、方便，往往把板的抗拉能力折算到桿上去，結構仍然簡化成受剪板和受軸力桿。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、典型構件的受力特性二、典型構件的受力特性 4 4 平面梁平面梁： 薄壁結構組合梁 整體翼梁 腹板式翼梁南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、典型構件的受力特性二、典型構件的受力特性 5 5 空間薄壁結構與厚壁筒空間薄壁結構與厚壁筒： 平面板桿結構在空間上的組合。 翼面結構都可簡化為薄壁盒式梁結構。 盒式梁可分為單閉室、多閉室（靜不定結構）。 （a）單閉室盒式梁（b）多閉室盒式梁（c）周緣封閉的薄壁梁南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、一、翼面結

30、構的典型受力型式翼面結構的典型受力型式1. 薄蒙皮梁式薄蒙皮梁式 特點：特點：蒙皮薄，縱向翼梁很強翼梁很強，縱向長桁少、弱，梁緣條剖面遠大于桁條，通常分為左、右翼，通過梁、墻根部接頭與機身相連。梁通常位于翼剖面高度最大處，通常還有1、2根縱墻。 早期低速、現(xiàn)代農用飛機。 缺點：缺點：生存力差、不適于作整體油箱優(yōu)點：優(yōu)點：連接簡單、檢查維護方便、適于大開口南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、一、翼面結構的典型受力型式翼面結構的典型受力型式彎矩彎矩翼梁緣條翼梁緣條南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、一、翼面結構的典型受力型式翼面結構的典型受力型式剪力剪力翼梁腹板翼梁

31、腹板南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、一、翼面結構的典型受力型式翼面結構的典型受力型式扭矩扭矩閉室（蒙皮閉室（蒙皮+ +梁或墻腹板）梁或墻腹板）南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、一、翼面結構的典型受力型式翼面結構的典型受力型式2. 多梁單塊式多梁單塊式 特點：特點： 蒙皮較厚，與長桁、翼梁緣條組成可受軸力的壁板承受總體彎矩；弱梁、強桁，桁條剖面接近梁緣條，桁條布置較密；梁或墻與壁板形成封閉盒段，抗扭。通常整體機翼（貫穿機身）、可在翼展向設計有分離面，接頭多、結構受力較分散、翼型較薄。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、一、翼面結構的典型受力

32、型式翼面結構的典型受力型式缺點：缺點： 連接復雜、裝配較難、檢查維護不方便、不適于大開口。優(yōu)點：優(yōu)點： 生存力較好、適于作整體油箱、材料利用率較高。（可較輕）大型高亞音速運輸機超音速戰(zhàn)斗機2. 2. 多梁單塊式多梁單塊式南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、一、翼面結構的典型受力型式翼面結構的典型受力型式彎矩彎矩壁板（蒙皮壁板（蒙皮+ +桁條桁條+ +緣條）緣條）剪力剪力梁或墻腹板梁或墻腹板扭矩扭矩閉室（閉室（壁板壁板+ +梁或墻腹板）梁或墻腹板）2. 2. 多梁單塊式多梁單塊式南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、一、翼面結構的典型受力型式翼面結構的典型受力型式3

33、. 多墻（梁）厚蒙皮式多墻（梁）厚蒙皮式 特點：特點：多墻（一般多于5個），蒙皮厚（可從幾mm至十幾mm），無長桁，有少肋和多肋兩種，結合集中力的需要，至少每側機翼上要布置35個加強翼肋；整體機翼 （貫穿機身）或左右兩機翼、結構受力 分散、翼型較薄。 缺點：缺點：加工較難、成本高、檢查維護不方便。優(yōu)點：優(yōu)點：強度剛度大、材料利用率高 。較大M數超音速戰(zhàn)斗機南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、一、翼面結構的典型受力型式翼面結構的典型受力型式4. 混合式混合式 充分利用各種受力型式的優(yōu)點。 單塊式過渡到梁式； 多檣過渡成梁式。 如圖：F10413根墻過渡到5根梁 較大M數超音速戰(zhàn)斗

34、機南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、二、翼面結構傳力分析翼面結構傳力分析1. 作用在機翼上的氣動載荷的傳遞作用在機翼上的氣動載荷的傳遞1）蒙皮的初始受載 蒙皮將氣動載荷分別傳給長桁和翼肋。 蒙皮支持在桁條和翼肋上，以壓力和吸力形式直接承受氣動載荷。此時，蒙皮受拉伸（如果是厚蒙皮，則也受橫向彎曲）。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、二、翼面結構傳力分析翼面結構傳力分析1. 作用在機翼上的氣動載荷的傳遞作用在機翼上的氣動載荷的傳遞2）長桁的初始受載 長桁把自身承擔的氣動載荷傳給翼肋。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、二、翼面結構傳力分析翼面結

35、構傳力分析1. 作用在機翼上的氣動載荷的傳遞作用在機翼上的氣動載荷的傳遞3）翼肋的受載）翼肋的受載 翼肋把自身及收集到的氣動載荷傳遞給蒙皮壁板、翼梁(墻)腹板組成的翼盒。a) Q產生的剪力產生的剪力 由梁的腹板傳遞。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、二、翼面結構傳力分析翼面結構傳力分析1. 作用在機翼上的氣動載荷的傳遞作用在機翼上的氣動載荷的傳遞3）翼肋的受載）翼肋的受載b) Q產生的彎曲內力產生的彎曲內力南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、二、翼面結構傳力分析翼面結構傳力分析1. 作用在機翼上的氣動載荷的傳遞作用在機翼上的氣動載荷的傳遞3）翼肋的受載）翼肋的

36、受載c) Mt的傳遞的傳遞 蒙皮與梁腹板組成閉室。平衡剪流：ttMq南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、二、翼面結構傳力分析翼面結構傳力分析1. 作用在機翼上的氣動載荷的傳遞作用在機翼上的氣動載荷的傳遞4）翼梁的受載）翼梁的受載 翼梁將翼肋傳來的剪力與軸力傳入“基礎”。翼梁的平衡及其內力圖南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、二、翼面結構傳力分析翼面結構傳力分析2. 機翼上集中力的傳遞機翼上集中力的傳遞 必須在力的作用點處布置相應的構件擴散集中力。 傳遞展向集中力時，可以布置輔助梁等縱向構件； 傳遞翼肋平面內的集中力時，可布置加強肋。 與普通肋相比，載荷傳遞過程相

37、同，只是在集中力作用處，有力、力矩的突變，對機翼總體彎矩有影響。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、后掠機翼一、后掠機翼1.后掠機翼的結構特點和受力特點后掠機翼的結構特點和受力特點： 有效改善跨音速飛行的氣動問題。（1）剛度特點：）剛度特點： 展長、順氣流剖面弦長相同的前提下（則機翼面積、展弦比等參數相同）與直機翼相比：若達到同樣剛度，機翼結構重量增大。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、后掠機翼一、后掠機翼1.后掠機翼的結構特點和受力特點后掠機翼的結構特點和受力特點：（2）變形特點和副翼反效：）變形特點和副翼反效： a） 剛心線后掠 附加扭轉變形 b）副翼反效

38、剛心：剛心：翼剖面上使結構不產生扭轉變形的外力作用點。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院一、后掠機翼一、后掠機翼副翼副翼/ /舵面反效舵面反效： 本想偏轉副翼/舵面增加升力，但升力卻減??；本想偏轉副翼/舵面減小升力，但升力卻增加。副翼偏轉產生的升力： 下偏角 Ya（+）由此產生的負升力：Ya Ma（扭轉力矩-低頭 - Yk若Ya Mk ，則扭轉擴大。二、靜氣動彈性現(xiàn)象二、靜氣動彈性現(xiàn)象南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院1.機翼的扭轉擴大機翼的扭轉擴大3）前、后掠機翼的情況：）前、后掠機翼的情況： a 后掠機翼 產生附加負迎角 b 前掠機翼 產生附加正迎角二、靜氣動彈

39、性現(xiàn)象二、靜氣動彈性現(xiàn)象南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、靜氣動彈性現(xiàn)象二、靜氣動彈性現(xiàn)象1.機翼的扭轉擴大機翼的扭轉擴大4）幾點結論：）幾點結論：超音速飛行一般不會出現(xiàn)扭轉擴大，因壓心顯著后移；后掠機翼有利于防止扭轉擴大，一般只需考慮防止副翼反效；前掠機翼與后掠機翼相反，不需考慮副翼反效，需考慮扭轉擴大。大展弦比直機翼兩者均需考慮。5）防范措施）防范措施將剛心前移；提高機翼的剛度。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、靜氣動彈性現(xiàn)象二、靜氣動彈性現(xiàn)象2. 副翼反效副翼反效1）原理原理副翼偏轉產生的升力： 下偏角 Ya由此產生的負升力：Ya Ma（扭轉力矩-低頭

40、 - Yk若Ya Yk，則副翼反效。 近似認為操縱力與飛行速度無關，而Yk V2 ，因而也存在一副翼反效的臨界速度。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院二、靜氣動彈性現(xiàn)象二、靜氣動彈性現(xiàn)象2. 副翼反效副翼反效2）特點及）特點及防范措施防范措施 副翼反效在大展弦比后掠機翼上較嚴重。原因：展弦比大對剛度不利；后掠翼彎曲引起順氣流翼剖面 的附加扭角，產生不利于操縱的附加氣動力。措施：高速時改用內副翼或擾流片； 增加機翼扭轉、彎曲剛度。 三角翼翼尖部分翼剖面很小，需特 別注意其扭轉剛度。措施：翼尖處截頭；副翼不一直伸 到翼尖，而是內移一點。左：不利左：不利 右：有利右：有利南京航空航天大

41、學民航學院南京航空航天大學民航學院三、動氣動彈性現(xiàn)象三、動氣動彈性現(xiàn)象1. 顫振顫振1）現(xiàn)象）現(xiàn)象 飛行速度達到一定值顫振臨界速度，飛機部件在氣動力、彈性力和慣性力交互作用下發(fā)生的自激、不衰減的振動。 當速度超過顫振臨界速度，振動將發(fā)散，并導致結構快速出現(xiàn)損傷或破壞。 最常見的動氣動彈性現(xiàn)象。2）分類）分類 機翼彎扭顫振機翼彎扭顫振：機翼的彎曲變形與扭轉變形交感 而產生的振動發(fā)散。 副翼彎曲顫振副翼彎曲顫振：副翼的偏轉與機翼的彎曲變形交 感而產生的振動發(fā)散。 機翼彎扭顫振變形機翼彎扭顫振變形南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院三、動氣動彈性現(xiàn)象三、動氣動彈性現(xiàn)象1. 顫振顫振3）機翼彎扭顫振）機翼彎扭顫振 假設初始擾動朝下，機翼下彎擾動消失后：自由振動（彈性力、慣性力、阻尼力）。 彎曲振動引起彎曲振動引起附加氣動力附加氣動力 機翼向上彎曲，相對速度 的氣流作用在機翼上，導致功角變化： 單位展長上附加氣動力大?。?0112yYCy Vb y( )ay